Introduction à la RMN du proton

le noyau d'un atome d'hydrogène est un proton qui a une propriété qu'on appelle le 6 pin alors c'est une propriété quantique est difficile à matérialiser mais n'existe une aide visuelle pour nous aider à te le représenter c'est d'imaginer que ce noyau et cie va tourner sur lui-même en fait tous pin en anglais ça veut dire tourner maintenant ici une sphère en rotation chargé ce qui va donc induire un champ magnétique donc ce proton dû se comporte en fait comme un tout petit aimant comme une bande magnétique comme l'aiguillé d'une boussole avec deux pôles le pôle nord ici et le pôle sud donc si je prends l'éguille de ma boussole je peux représenter les lignes de chant du champ magnétique induit par ma boussole comme ceux-ci du pôle nord vers le pôle sud comme ceux-ci du pôle nord vers le possible un exemple de ligne de chant et puis on a aussi un moment magnétique qui est un vecteur qui est dirigée du sud vers le nord du pôle sud vers le pôle nord de ma barre magnétique si on revient aux protons et qu'on fait l'analogie avec mon aiguille de boussole lui en fait j'ai un pôle nord ici pour mon proton un pôle sud je met le pôle nord en violet ici et puis on a également un moment magnétique de la même manière un vecteur comme ceux ci dirigée du pôle sud vers le pôle nord et puis je peux dessiner les lignes de chant par exemple comme ceux ci une ligne de chant du pôle nord vers le pôle sud et de l'autre côté également donc c'est comme ça qu'on peut se représenter le proton comme un tout petit aimant un anneau aimant avec un certain moment magnétique on va continuer avec l'analogie avec l'aiguillé de la boussole donc si je place ma boussole dans le champ magnétique terrestre est bien ma boussole l'éguille de ma boussole vam indiqué le nord donc si on a le pôle nord magnétique de la boussole ici alors au niveau de la planète terre en a le pôle sud magnétique ici en face puisque les pôles opposés s'attirent donc même s'il s'agit du pôle nord géographique en fait mon aiguille de boussole indique le pôle sud magnétique inversement ici si je le pôle sud de ma boussole ici alors j'ai le pôle nord de la terre ici puisque les pôles opposés s'attirent donc voilà ce qui se passe lorsqu'on place ma boussole dans le chômage terrestre maintenant si on veut forcer l'aiguillé de la boussole à se placer dans une autre direction dans la direction opposée comme ceci ici sur la photo en haut et bien pour atteindre cette configuration ici je suis obligé d'apporter de l'énergie c'est ce qu'on voit avec le doigt ici qui vient force et l'aiguillât prendre cette position donc on a dû apporter de l'énergie au système pour atteindre cette configuration et si je lâche mon doigt ces jeux lâche l'aiguillé que j'enlève mon doigt et bien niggli va automatiquement immédiatement retourné à cet état ici dans cette configuration donc ici c'est donc un niveau qu'il y ait plus bas en énergie et là un niveau plus haut en énergie on a été obligé d'apporter de l'énergie au système pour forcer d'aiguilhe à prendre cette autre configuration c'est l'analogique ont à faire avec notre proton encore une fois donc on imagine qu'on place notre protons dans un champ magnétique externe qu'on appelle b0 qui représenté par ce vecteur ici et bien ce qui va se passer c'est qu'on va alors avoir une interaction quantique entre le moment magnétique du proton et ce champ magnétique externe donc le moment magnifique du proton va soit s'aligner dans le sens du champ magnétique externe soit un versement de manière opposée aux champs magnétiques externe on peut voir le rapport avec le spin du proton qui va tourner par exemple ici donc on a le moment magnétique que je mette en orange comme ceci donc là on va avoir le pôle nord ici le pôle sud ici et puis le proton va tourner sur lui-même comme ceci et puis si ça va être l'un vers son va avoir le pôle sud ici le pôle nord ici le moment magnétique qui est du coup orientées comme ceci et puis mon proton qui va tourner sur lui-même mais cette fois-ci forcément dans l'autre sens donc c'est pas exactement ce qui se passe mais c'est une manière d'imaginer ce qui se passe pour comprendre un petit peu cette propriété quantique particulière qu'est le spin et si ces ensembles analogie avec la boussole va être intéressante c'est qu'on se rend compte qu'il existe une différence d'énergie entre ces deux états de spin tout comme il existe une différence énergie pour ma boussole entre ces deux configurations possibles quand le moment magnétique de spin est aligné selon le champ magnétique extérieur b 0 on a alors l'état de spin qu'on note alpha et lorsqu'il est aligné de manière opposée au champ magnétique extérieur on a alors l'état de spin qu'on appelle bêta et effectivement il ya une différence énergie entre ces deux niveaux de spin alpha et bêta tout comme on avait une différence d'énergie entre ces deux configurations possibles pour la boussole on va continuer avec l'analogie avec la boussole si j'étais capable d'augmenter le champ magnétique terrestre rien dans ce cas là il faudrait que je fournisse encore plus d'énergie pour arriver à mettre mon aiguille dans ce sens ici faudrait que je force encore plus avec mon doigt j'aurai plus de résistance pour réussir à mettre l'éguille dans cette direction direction opposée à celle de l'état le plus bas en énergie eh bien c'est la même chose avec notre proton si on applique un champ magnétique ils ferment encore plus grand je m en bleu ici je vais dessiner un vecteur qui représente un champ magnétique que je fais encore plus grand qu'un deuxième un lien b0 prime est bien dans ce cas là je vais augmenter la différence d'énergie entre l'état de spin alpha et bêta j'ai montré j'ai un état de spinal fiennes hadès une bêta avec une delta le prime plus grande que delta e donc si j'applique un champ magnétique extérieur plus important j'ai encore plus de différences énergie entre les deux états de spin possible alpha et bêta donc voilà on a appris maintenant qu'on a deux états de spin possible alpha et bêta et il se trouve qu un proton peut absorber de l'énergie est passé d'un état de ce ping de plus basse énergie alpha un état des spins de plus haute énergie bêta on va regarder un diagramme qui illustre ceci donc si on applique un champ magnétique extérieur b0 que représentait par ce vecteur ici on a deux états de spin possible qu on vient de le voir l'état de ce final fal les stades est une bêta avec une certaine delta e différence d'énergie entre ces deux états de spin on va partir d'un proton qui dans un état de spin alpha ce proton peut donc absorber de l'énergie pour passer à l'état de spin bêta que je représente donc comme ceci donc si je lui apporte la bonne quantité d'énergie je veux passer de l'état de spin alpha à l'état de spin bettadj vernon t d'ailleurs alpha et bêta ici à droite donc si j'apporte de l'énergie je veux passer de l'état le plus bas en énergie alpha à l'état de spin bêta le plus haut en énergie et lorsque cela se passe eh bien on dit que le noyau est en résonance avec le champ magnétique extérieur à appliquer d'où la dénomination de rmn résonance magnétique nucléaire il s'agit d'un noyau et cette différence énergie si delta e eh bien elle correspond à une certaine fréquence puisqu'on a vu dans les vidéos précédentes sur les autres spectroscopie plus énergie est relié à la fréquence avec la formule suivante énergie égale h nuage sa constante de planck est nu la fréquence et il se trouve que la différence d'énergie entre deux états de spin alpha et bêta eh bien ça correspond à la région des ondes radio du spectre électromagnétique on en sait maintenant suffisamment pour comprendre le principe de la rmn et d'ailleurs on va parler plus précisément dans ce module de la rmn transformée de fourier entre parenthèses en anglais c'est la ftn m art donc comment est-ce qu'un appareil de rmn transformée de fourier fonctionne et bien on prend un échantillon de notre composé et on le place dans un champ magnétique externe bdo les noyaux d'hydrogène peuvent être alors soit à l'état de spin alpha soit l'état de spin bêta et en fait on a un léger excès de noyaux à l'état de spin alpha on va envoyer à l'échantillon de courtes pulsations qui contiennent différentes gammes de fréquences qui correspondent aux ondes radio et les noyaux en excès de spin alpha peuvent alors absorbé de l'énergie pour passer à l'état de spin bêta et comme tout à l'heure dans l'analogie avec l'aiguillé de la boussole si je lâche l'éguille je vais revenir automatiquement à état le but de plus basse énergie bien là c'est pareil les noyaux qui vont passer à l'état de spin bêta pour pouvoir repasser à l'étape de spin alpha et c'est l'énergie qui va être relâché lorsqu'on va repasser à l'état de spin alpha que la machine de rmn va détecter et c'est ça qu'on va lire sur le spectre rmn qu'on obtient à quoi ressemble à spectres rmn et si on va avoir un exemple on à l'intensité en fonction de la fréquence donc un spectre rmn ça ressemble en fait à un pic ici ça fait une version ultra simplifié du spectre et rémy possible donc on obtient donc des pics à une certaine fréquence si possible d'obtenir plusieurs signaux à des fréquences différentes donc par exemple imaginons qu'on a un deuxième pic ici à une autre fréquence comme ceci donc si on a différentes fréquences ça veut dire qu'on à différents niveaux d'énergie entre des niveaux de spin alpha et bêta et c'est ça qui va nous aider à comprendre la structure de la molécule et on va voir dans la vidéo suivante comment est ce qu'on peut avoir des fréquences différentes à quoi ça correspond comment ça se fait qu'on a les différences d'énergie entre les états de spin alpha et bêta pour différents atomes d'hydrogène dans une même molécule